CN115263213A - 用于多分支完井管柱的导向装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多分支完井管柱的导向装置，包括：导向器，所述导向器的上端面设有导向斜面；导向器送入管串，其包括送入油管、连接在所述送入油管上的陀螺定位短节，以及导向器送入短节，所述陀螺定位短节用于确定所述导向器的导向斜面与窗口的相对方位，所述导向器送入短节用于连接所述导向器并将其下入井筒中，且通过旋转所述送入油管能够带动所述导向器转动，以使所述导向斜面对准窗口；其中，所述导向器送入管串构造成能够通过下压所述送入油管并打压上提，以使所述导向器送入短节与所述导向器分离，从而能够取出所述导向器送入管串。本发明还提供一种用于多分支完井管柱的导向施工方法。

Description

用于多分支完井管柱的导向装置及施工方法

技术领域

本发明属于石油完井及生产技术领域，具体涉及一种用于多分支完井管柱的导向装置。本发明还涉及一种用于多分支完井管柱的施工方法。

背景技术

分支井技术是指由一个主井眼侧钻出一个或者多个分支井眼进入储层采油的分支井眼，由于其各分支享有共同的井口及上部井段，大大降低了钻井成本，能够实现在一个主井眼上开采多个油气层，实现一井多靶和立体开采，是实现油气井经济高效开发的重要技术手段。

目前，分支井技术以应用于国内外各大油田，但大多属于四级及以下完井。四级及以下分支完井技术具备可靠的机械回接和分支的再进入能力，但是，窗口密封无法得到保证，这导致存在严重的建井风险。

随着油田开采技术的不断发展，五级及以上的分支井技术具备窗口液力密封性好、建井风险低，正逐渐成为油气田分支井开发技术的前沿及热点。现有技术中，也存在使用五级分支完井工艺的情况。然而，目前的五级分支完井工艺容易仍然存在一些问题。例如，在现有技术中，五级分支完井工艺中管串导向效率低，导向准确性差，并且无法有效保证窗口密封以及管串的回接密封。并且，现有技术中五级完井工艺的成本、工序等都相对复杂。这也使得井下作业的成本大幅提高。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于多分支完井管柱的导向装置，该导向装置能够精确定位窗口，并能够实现主井眼及分支井眼回接密封，有效保证了多分支完井管柱的可靠导向及长效密封，非常有利于降低建井风险。

本发明还提供了一种用于多分支完井管柱的导向施工方法。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于多分支完井管柱的导向装置，包括：导向器，所述导向器的上端面设有导向斜面；导向器送入管串，其包括送入油管、连接在所述送入油管上的陀螺定位短节，以及导向器送入短节，所述陀螺定位短节用于确定所述导向器的导向斜面与窗口的相对方位，所述导向器送入短节用于连接所述导向器并将其下入井筒中，且通过旋转所述送入油管能够带动所述导向器转动，以使所述导向斜面对准窗口；其中，所述导向器送入管串构造成能够通过下压所述送入油管并打压上提，以使所述导向器送入短节与所述导向器分离，从而能够取出所述导向器送入管串。

在一个实施例中，所述导向器送入短节包括芯轴和套设在所述芯轴上的弹性爪，所述芯轴的末端的设有直径向轴向端部逐渐增大的头部，所述导向器内设有环形的内槽，所述头部能够对所述弹性爪形成径向支撑，以使所述弹性爪与所述内槽适配，从而使所述导向器与所述导向器送入短节形成连接。

在一个实施例中，所述导向器送入短节还包括固定连接在所述芯轴上端的下压套筒以及设置在所述下压套筒与所述弹性爪的轴向之间的弹性件，所述芯轴设有从轴向上端面延伸至内部的流道，所述芯轴的外周设有环形凸起，所述弹性爪的上端内壁设有端面朝下的台阶，在所述环形凸起的上端面与所述台阶的端面之间形成密封的环形液腔，所述芯轴设有连通所述流道和所述环形液腔的传压孔，其中，通过下压所述送入油管能够使所述下压套筒轴向压缩所述弹性件，并推动所述芯轴相对于所述弹性爪轴向向下运动，使得所述头部释放对所述弹性爪的支撑，进而通过打压使得所述流道内压力通过所述传压孔作用于所述台阶，从而使所述弹性爪与所述导向器的所述内槽分离。

在一个实施例中，所述导向器内设有多个轴向延伸的长槽，多个所述长槽周向均布，所述头部设有多个轴向均布的肋板，所述肋板能够与所述长槽适配，从而通过旋转所述上部油管能够传递扭矩而带动所述导向器转动。

根据本发明的第二方面，提供一种用于多分支完井管柱的导向施工方法，包括以下施工步骤：

提供如上所述的导向装置；

分别向主井眼和分支井眼下入主完井管串和分支完井管串；

向主井眼下入所述导向器并完成锚定，使得所述导向器的导向斜面与对准窗口，并使所述导向器的下端与所述主完井管串形成连接；

下入窗口分支器，所述窗口分支器的下端分别连接相互独立的主回接管串和分支回接管串，在下放过程中，所述分支回接管串接触所述导向器上的导向斜面后导入所述分支井眼，直至与所述分支完井管串适配连接，而所述主回接管串与所述导向器适配连接，从而完成管柱的回接，实现完井；

进行生产作业。

在一个实施例中，所述导向器的下端采用弯油管与所述主完井管串形成连接。

在一个实施例中，在所述主完井管串的顶部设有第一密封回接筒，所述弯油管的下端设有第一主密封插头，在下入所述导向器的过程中，所述第一主密封插头能够适配插入所述第一密封回接筒，使得所述导向器与所述主完井管串形成密封连接。

在一个实施例中，所述主回接管串的下端设有第二主回接插头，在下放所述主回接管串的过程中，所述第二主回接插头能够适配插入所述导向器内部设有的密封孔内，使得所述主回接管串与所述主完井管串形成密封连接。

在一个实施例中，在所述分支完井管串的顶部设有第二密封回接筒，所述分支回接管串的下端设有分支密封插头，在下放所述分支回接管串的过程中，所述分支密封插头能够适配插入所述第二密封回接筒，使得所述分支回接管串与所述分支完井管串形成密封连接。

在一个实施例中，所述窗口分支器在分支处采用水力密封。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的用于多分支完井管柱的导向装置能够精确定位窗口，非常有利于提高导向器的定向定位效率，并且能够实现主井眼及分支井眼的回接密封，有效保证了多分支完井管柱的可靠导向及长效密封，非常有利于降低建井风险。本发明通过上述用于多分支完井管柱的导向施工方法实现了一种五级分支完井管串导向技术，其通过导向器配套专门的导向器送入管串，提高了导向器的定向效率，且增强了定向准确性，同时采用窗口分支器通过导向器的导向实现了主井眼及分支井眼回接密封，有效保证了上部回接管串与下部完井管串连接处的密封性能。这非常有利于增强五级及以上的分支井技术的窗口液力密封性，有利于降低建井风险。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于多分支完井管柱的导向装置下入井筒后的状态。

图2显示了图1所示导向装置中的导向器的结构。

图3和图4显示了图1所示导向装置中的导向器送入短节的结构。

图5至图7显示了导向器送入短节脱离导向器的过程。

图8显示了完井后井筒内的状态。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

在本申请中，需要说明的是，将根据本发明的用于多分支完井管柱的导向装置下入井筒中靠近井口的一端定义为“上端”或相似用语，将远离井口的一端定义为“下端”或相似用语。

图1显示了根据本发明的用于多分支完井管柱的导向装置100下入井筒后的状态。下面结合附图来详细介绍导向装置100。如图1所示，导向装置100包括导向器1和导向器送入管串，导向器送入管串用语连接导向器1以将导向器1送入井筒中的预定位置。导向器1的上端面构造有导向斜面10，用于对回接管串进行导向。导向器送入管串包括送入油管2、连接在送入油管2上的陀螺定位短节3，以及导向器送入短节4。陀螺定位短节3用于确定导向器1的导向斜面10与分支井眼的窗口的相对方位。导向器送入短节4用于连接导向器1并将其下入井筒中，导向器送入短节4构造成能够通过旋转送入油管2来带动导向器1转动，从而调节导向斜面10对准窗口。

如图2所示，导向器1大致呈圆筒状，导向器1的上端面形成为导向斜面10。导向器1的内部设有轴向贯穿导向器1的通孔，通孔偏心设置，且偏向导向斜面的高边。在导向器1的内壁面上设有部分沿轴向延伸的长槽12，长槽12从导向斜面10轴向向内延伸至导向器1的内部。同时，在导向器1的内壁面上还设有径向向外延伸的内槽11。内槽11和长槽12的功能作用将在下文介绍。

如图3所示，导向器送入短节4包括芯轴41、弹性爪42、下压套筒43和弹性件44。弹性爪42套设在芯轴41上，且能够沿芯轴41轴向运动。芯轴41的末端设有头部411，头部411设置为沿轴向向外直径逐渐增大的锥面结构。头部411能够对应于弹性爪42的卡爪位置处而对弹性爪42形成径向支撑，从而能够将弹性爪42适配安装在导向器1的内槽11中以形成锁定。由此，将导向器1连接到导向器送入短节4的下端。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，在芯轴41的头部411的外周表面上设有肋板415，肋板415能够与导向器1内的长槽12适配。由此，通过旋转上部油管2能够传递扭矩，从而带动导向器1转动。优选地，导向器1内设有多个轴向延伸的长槽12，且多个长槽12周向均布，芯轴41的头部411上也设有多个能够适配插入长槽12内的肋板415。这样，导向器送入管串能够通过旋转上部油管2来调整导向器1的导向斜面10的方位，从而实现导向器1的定向，非常方便快捷，显著提高了导向器1的定位定向和锚定效率。

在本实施例中，陀螺定位短节3包括陀螺9(未示出)，通过投入陀螺能够得知1陀螺定位短节3与分支井的窗口的相对方位。由于陀螺定位短节3的方位与导向器1的导向斜面10的方位在地面已经确定，由此能够得知导向器1的导向斜面10与窗口的相对方位。由此，通过旋转送入管串能够实现对导向器1的导向斜面10的方位的调节，实现导向器1的定向。

如图3所示，下压套筒43固定连接在芯轴41的上端。例如，下压套筒43通过螺纹与芯轴41形成固定连接。下压套筒43的上端构造成连接扣，用于与送入油管2连接。芯轴41的上端部分延伸至下压套筒43的内部，从而使下压套筒43套在芯轴41上。下压套筒43的内部设有端面朝下的台肩。弹性爪42的上端延伸至下压套筒43与芯轴41之间，从而芯轴41、下压套筒43，以及台肩和弹性爪42的上端面之间形成一个环状的安装空间。弹性件44安装在安装空间内，且弹性件44的上端抵靠台肩，下端抵靠弹性爪42的上端面。弹性件44例如可以采用弹簧。

如图3所示，芯轴41的内部设有流道412，流道412从芯轴41的轴向上端面开始轴向向内延伸，且终止于芯轴41的内部。在图3所示实施例中，流道412延伸至芯轴41的靠近轴向中部的位置。在芯轴41的外周表面设有环形凸起413，环形凸起412设置在流道412的末端的轴向下端位置处。同时，在弹性爪42的上端内壁面上设有端面朝下的台阶421。由此，在环形凸起413的上端面与台阶421的端面之间形成了一个密闭的环形液腔45。芯轴41还设有连通流道412的传压孔414，传压孔414设置在靠近流道412的末端位置，并且，传压孔414连通流道412和环形液腔45。

图5至图7显示了导向器送入短节4与导向器1之间连接与脱离的工作过程。如图5所示，导向器1连接在导向器送入短节4的下端。在该状态下，可通过导向器送入管串下入导向器1。弹性爪42在头部411的作用下径向撑开，并与导向器1的内槽11适配卡合，从而将导向器1连接在导向器送入短节4的下端。导向器1到达井筒中预定位置，并完成导向器1的定向和锚定后。

如图6所示，通过下压送入油管2使下压套筒43轴向向下压缩弹性件44，并推动芯轴41相对于弹性爪42轴向向下运动，使得芯轴41的头部411与弹性爪42错开，从而释放对弹性爪42的径向支撑。

如图7所示，进一步地，通过打压使得管串内压力增大，芯轴41的流道412内的液体压力通过传压孔414传递至环形液腔45内，使得环形液腔45内压力增大，从而使液体压力作用于弹性爪42的台阶421的端面上。随着压力的不断增大，使弹性爪42与导向器1的内槽11分离，进而通过上提导向器送入管串，实现导向器送入管串与导向器1脱离，从而将导向器送入管串提出井筒。由此，完成导向器1的送入及定向锚定。

本发明还提出了一种用于多分支完井管柱的导向施工方法。在该导向施工方法中使用上述的导向装置100进行导向。

首先，向钻设完成的主井眼和分支井眼中下入下部完井管串。该下部完井管串包括主完井管串5和分支井完井管串6，主完井管串5下入到主井眼中，分支井完井管串6下入到分支井完井管串6中。当主完井管串5和分支井完井管串6分别下入到主井眼和分支井眼内的适当位置之后，可使主完井管串5和分支井完井管串6通过相应的悬挂器坐挂，并进行固井。由此，可将主完井管串5和分支井完井管串6留在主井眼和分支井眼中内，并且主完井管串5和分支井完井管串6通过相应的悬挂器保持在井眼中的适当位置。

根据本发明，在主完井管串5在顶部设有第一密封回接筒，在分支井完井管串6的顶部设有第二密封回接筒。第一密封回接筒和第二密封回接筒用于适配连接上部完井管串。

之后，向主井眼中下入导向器1。采用导向器送入管串连接导向器1，进而将导向器1送入井眼中的窗口位置。首先，依次连接送入油管2、陀螺定位短节3，以及导向器送入短节4，并且将导向器1连接在导向器送入短节4的下端。同时，保证导向器送入短节4的头部411上的肋板415适配插入导向器1长槽12内。由此，导向器1与导向器送入短节4形成如图5所示的连接状态。然后通过下放送入油管2下入导向器1，在下放过程中，当管串送入至窗口上方约一根油管位置时，通过投入陀螺能够得知陀螺定位短节3与窗口的相对方位，由于陀螺定位短节方位与导向器导向斜面方位在下入井眼前已经确定，由此能够得知导向器的导向斜面10与窗口的相对方位。之后，通过旋转送入管串使导向器1的导向斜面10的方位与窗口方位对准。之后，进一步下放导向器送入管串以使导向器1的下端与主完井管串5形成连接，此时导向器1的导向斜面10与窗口对齐。

根据本发明，导向器1的下端采用弯油管8与主完井管串5形成连接。弯油管8固定连接在导向器1的下端，弯油管8的下端设有第一主密封插头81。在下入导向器1的过程中，弯油管8通过第一主密封插头81适配插入主完井管串5的上端的第一密封回接筒，从而使导向器1与主完井管串5形成密封连接。弯油管8能够保证使下端的主完井管串5与上层套管处于同心的位置，这样便于后续第一主密封插头81插入第一密封回接筒。

在一个实施例中，第一主密封插头81的外侧设有马牙公扣(未示出)，用于与主完井管串5上端的第一密封回接筒内的马牙母扣配合。第一主密封插头81插入后能够实现管串的锁定，并且能够实现第一主密封插头81与第一密封回接筒之间的密封。由此，可将导向器1通过弯油管8与主完井管串5连接为一个整体，并实现导向器与主井眼管串5的密封连接。

导向器1的导向斜面10对准窗口并完成回接后，使导向器1与主井眼的内壁锚定。之后，如图6和图7所示，通过下压送入油管2，使弹性爪42与芯轴41的头部411脱离，弹性爪42失去芯轴41的头部411的径向支撑。进一步地，通过管串内打压，压力通过传压孔414作用于弹性爪42的台阶421的端面上，在压力的作用下，弹性爪42被抽离出导向器1的内槽11，使弹性爪42与导向器1的内槽11分离。此时，导向器送入短节4与导向器1脱离，进而通过上提可提出整个导向器送入管串。由此，完成导向器1的送入与锚定。

之后，下入窗口分支器7，通过窗口分支器7下入上部回接管串。如图8所示，窗口分支器7上端连接上部油管9，通过下放上部油管9来下入窗口分支器7。回接管串包括主回接管串71和分支回接管串72，主回接管串71和分支回接管串72相互独立地连接在窗口分支器7的下端。分支回接管串72的长度大于主回接管串71的长度。在下放过程中，分支回接管串72先接触导向器1上端的导向斜面10，从而在导向器1的作用下，将分支回接管串72导入分支井眼，继续下放管串，直至分支回接管串72的下端与分支完井管串6适配连接。同时，较短的主回接管串71的下端也恰好与主完井管串5适配连接。

在一个实施例中，窗口分支器7在分支处采用水力密封。因此，流体能从井口通过上部油管流到窗口分支器7内，进而分流到主回接管串71和分支回接管串72内，而不会在连接处发生泄漏。非常有利于保证完井管串的密封性能。

根据本发明，主回接管串71的下端设有第二主回接插头711，在下放主回接管串71的过程中，第二主回接插头711能够适配插入导向器1内部设有的密封孔内，以使主回接管串71与导向器1形成密封连接，由此使得主回接管串71与主完井管串5形成密封连接。在一个实施例中，密封孔构造为处于长槽12的轴向内侧的密封结合结构，其能够与第二主回接插头711适配而形成密封连接。同样地，在分支完井管串72的下端设有分支密封插头721，在下放分支回接管串72的过程中，分支密封插头721能够适配插入分支井完井管串6上端设置的第二密封回接筒，从而分支回接管串72与分支完井管串6形成密封连接。

在一个实施例中，第二主回接插头711、分支密封插头721与第一主密封插头81的结构相同，也可以通过马牙公扣(未示出)进行适配连接。由此，使第二主回接插头711插入导向器1后能够实现主回接管串71的锁定，使分支密封插头721插入第二密封回接筒后能够实现分支完井管串72的锁定。同时，实现第二主回接插头711与导向器1之间，以及分支密封插头721与第二密封回接筒之间的密封。从而完成管柱的回接，实现完井。

之后，可以通过管柱串进行生产作业。

根据本发明的用于多分支完井管柱的导向装置100能够精确定位窗口，非常有利于提高导向器1的定向定位效率，并且能够实现主井眼及分支井眼的回接密封，有效保证了多分支完井管柱的可靠导向及长效密封，非常有利于降低建井风险。本发明通过上述用于多分支完井管柱的导向施工方法实现了一种五级分支完井管串导向技术，其通过导向器1配套专门的导向器送入管串，提高了导向器的定向效率，且增强了定向准确性，同时采用窗口分支器7通过导向器1的导向实现管串分别准确的导向主井眼和分支井眼，以及实现主井眼及分支井眼的回接密封，有效保证了上部回接管串与下部完井管串连接处的密封性能。这非常有利于增强五级及以上的分支井技术的窗口液力密封性，有利于降低建井风险。此外，该施工方法工艺简单，施工成本低。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于多分支完井管柱的导向装置，包括：

导向器(1)，所述导向器的上端面设有导向斜面(10)；

导向器送入管串，其包括送入油管(2)、连接在所述送入油管上的陀螺定位短节(3)，以及导向器送入短节(4)，所述陀螺定位短节用于确定所述导向器的导向斜面与窗口的相对方位，所述导向器送入短节用于连接所述导向器并将其下入井筒中，且通过旋转所述送入油管能够带动所述导向器转动，以使所述导向斜面对准窗口；

其中，所述导向器送入管串构造成能够通过下压所述送入油管并打压上提，以使所述导向器送入短节与所述导向器分离，从而能够取出所述导向器送入管串。

2.根据权利要求1所述的导向装置，其特征在于，所述导向器送入短节包括芯轴(41)和套设在所述芯轴上的弹性爪(42)，所述芯轴的末端的设有直径向轴向端部逐渐增大的头部(411)，所述导向器内设有环形的内槽(11)，

所述头部能够对所述弹性爪形成径向支撑，以使所述弹性爪与所述内槽适配，从而使所述导向器与所述导向器送入短节形成连接。

3.根据权利要求2所述的导向装置，其特征在于，所述导向器送入短节还包括固定连接在所述芯轴上端的下压套筒(43)，以及设置在所述下压套筒与所述弹性爪的轴向之间的弹性件(44)，

所述芯轴设有从轴向上端面延伸至内部的流道(412)，所述芯轴的外周设有环形凸起(413)，所述弹性爪的上端内壁设有端面朝下的台阶(421)，在所述环形凸起的上端面与所述台阶的端面之间形成密封的环形液腔(45)，所述芯轴设有连通所述流道和所述环形液腔的传压孔(414)，

其中，通过下压所述送入油管能够使所述下压套筒轴向压缩所述弹性件，并推动所述芯轴相对于所述弹性爪轴向向下运动，使得所述头部释放对所述弹性爪的支撑，进而通过打压使得所述流道内压力通过所述传压孔作用于所述台阶，从而使所述弹性爪与所述导向器的所述内槽分离。

4.根据权利要求3所述的导向装置，其特征在于，所述导向器内设有多个轴向延伸的长槽(12)，多个所述长槽周向均布，所述头部设有多个轴向均布的肋板(415)，所述肋板能够与所述长槽适配，从而通过旋转所述上部油管能够传递扭矩而带动所述导向器转动。

5.用于多分支完井管柱的导向施工方法，包括以下施工步骤：

提供根据权利要求1到4中任一项所述的导向装置；

分别向主井眼和分支井眼下入主完井管串(5)和分支完井管串(6)；

向主井眼下入所述导向器并完成锚定，使得所述导向器的导向斜面与对准窗口，并使所述导向器的下端与所述主完井管串形成连接；

下入窗口分支器(7)，所述窗口分支器的下端分别连接相互独立的主回接管串(71)和分支回接管串(72)，在下放过程中，所述分支回接管串接触所述导向器上的导向斜面后导入所述分支井眼，直至与所述分支完井管串适配连接，而所述主回接管串与所述导向器适配连接，从而完成管柱的回接，实现完井；

进行生产作业。

6.根据权利要求5所述的导向施工方法，其特征在于，所述导向器的下端采用弯油管(8)与所述主完井管串形成连接。

7.根据权利要求6所述的导向施工方法，其特征在于，在所述主完井管串的顶部设有第一密封回接筒，所述弯油管的下端设有第一主密封插头(81)，

在下入所述导向器的过程中，所述第一主密封插头能够适配插入所述第一密封回接筒，使得所述导向器与所述主完井管串形成密封连接。

8.根据权利要求5所述的导向施工方法，其特征在于，所述主回接管串的下端设有第二主回接插头(711)，

在下放所述主回接管串的过程中，所述第二主回接插头能够适配插入所述导向器内部设有的密封孔内，使得所述主回接管串与所述主完井管串形成密封连接。

9.根据权利要求5所述的导向施工方法，其特征在于，在所述分支完井管串的顶部设有第二密封回接筒，所述分支回接管串的下端设有分支密封插头(721)，

在下放所述分支回接管串的过程中，所述分支密封插头能够适配插入所述第二密封回接筒，使得所述分支回接管串与所述分支完井管串形成密封连接。

10.根据权利要求5到9中任一项所述的导向施工方法，其特征在于，所述窗口分支器在分支处采用水力密封。

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